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吉恩鎳業(yè)轉(zhuǎn)爐吹煉生產(chǎn)高冰鎳生產(chǎn)實(shí)踐

2020-01-07 03:21司俊起王傳強(qiáng)
中國(guó)有色冶金 2019年6期
關(guān)鍵詞:熔體石英事故

司俊起, 趙 云, 王傳強(qiáng)

(吉恩鎳業(yè)股份有限 公司生產(chǎn)技術(shù)部, 吉林 磐石 132311)

0 引言

轉(zhuǎn)爐吹煉工序是冶煉廠生產(chǎn)高冰鎳的最后一道工序,主要是通過(guò)向轉(zhuǎn)爐添加低冰鎳、熔劑,鼓風(fēng),放渣幾個(gè)連續(xù)接替作業(yè)后進(jìn)行篩爐,得到高冰鎳產(chǎn)品。

轉(zhuǎn)爐吹煉具體生產(chǎn)步驟:由沉降電爐產(chǎn)出的熔融狀態(tài)的低冰鎳液體通過(guò)冰鎳包運(yùn)至轉(zhuǎn)爐(3~3.5包)開(kāi)風(fēng)吹煉;吹煉30~40 min,鐵的硫化物充分氧化后,爐內(nèi)溫度達(dá)到1 200 ℃時(shí),加入石英石造渣;等排渣后再加入新的低冰鎳(冷料),持續(xù)加低冰鎳、加熔劑、鼓風(fēng)、放渣幾個(gè)連續(xù)接替的作業(yè)(反復(fù)進(jìn)冷料/熱料),進(jìn)行到溶體占爐內(nèi)容積1/3時(shí)即爐內(nèi)冰鎳含F(xiàn)e 8%~10%時(shí)就可篩爐;篩爐是吹煉的關(guān)鍵,在鐵留的少(2%~4.5%)、渣放的凈、石英石加的適當(dāng)前提下,篩爐操作時(shí)間短,金屬回收率高,產(chǎn)生的效益大。冶煉廠一個(gè)吹煉周期進(jìn)6~7包低冰鎳(約50~70 t低冰鎳),排6~9遍渣(約50~80 t渣)。隨著吹煉過(guò)程的進(jìn)行,冰鎳中鐵逐漸被氧化造渣,F(xiàn)e含量從47%~50%降至2%~4.5%,同時(shí)鎳含量由22%~30%富集為57%~65%。

吉恩鎳業(yè)冶煉廠采用臥式轉(zhuǎn)爐吹煉生產(chǎn)高冰鎳有30多年的歷史,有著豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),轉(zhuǎn)爐各項(xiàng)指標(biāo)控制都優(yōu)于內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn),產(chǎn)品合格率達(dá)到99%以上。

1 吹煉原理

冶煉廠吹煉采用臥式轉(zhuǎn)爐火法冶煉,原理主要是利用爐內(nèi)金屬對(duì)硫和氧的結(jié)合力不同對(duì)鎳進(jìn)行富集,發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)見(jiàn)式(1)~(9)[1]。

(1)

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低冰鎳主要由FeS、 Cu2S和Ni3S2組成,三者之和約占低冰鎳總量的97%[2]。當(dāng)向轉(zhuǎn)爐內(nèi)熔融的低冰鎳鼓入空氣時(shí),由于Ni和Cu對(duì)氧的親和力不及Fe大,而且熔體中FeS占主體,所以FeS先被氧化,少量被氧化的Cu2S和Ni3S2在有FeS存在時(shí)又再被還原成硫化物。FeS氧化生成的氧化物與加入爐內(nèi)石英熔劑可通過(guò)造渣除去,SO2進(jìn)入煙氣送去制硫酸,吹煉爐渣返回沉降電爐處理。轉(zhuǎn)爐吹煉只除去Fe和部分S,而保留Ni和Cu繼續(xù)以Cu2S和Ni3S2形態(tài)存在。篩爐后滯留在爐內(nèi)Ni3S2(硫化鎳)和Cu2S(硫化亞銅)的熔融物稱(chēng)為高冰鎳,含鎳57%以上,含鐵2%~4.5%。在吹煉過(guò)程中,轉(zhuǎn)爐內(nèi)熔體Ni含量和Fe含量成強(qiáng)負(fù)線(xiàn)性相關(guān),見(jiàn)圖1。

圖1 轉(zhuǎn)爐熔體Ni含量和Fe含量線(xiàn)性關(guān)系圖

2 吹煉工藝流程

吉恩鎳業(yè)冶煉廠轉(zhuǎn)爐吹煉生產(chǎn)高冰鎳的工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 臥式轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)高冰鎳工藝流程圖

3 吹煉前準(zhǔn)備工作

轉(zhuǎn)爐吹煉之前需要作如下準(zhǔn)備工作。

1)新砌筑爐體需要進(jìn)行烤爐,烤爐使?fàn)t襯砌體內(nèi)的水份蒸發(fā),并繼續(xù)升溫以滿(mǎn)足吹煉溫度的要求。烤爐要點(diǎn):緩慢升溫;慢熱均勻;溫度逐步上升。

2)檢查設(shè)備。檢查傳動(dòng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)、儀表顯示、捅風(fēng)眼機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)等是否正常,并清理風(fēng)眼、糊好爐口。

4 吹煉過(guò)程

4.1 加料期

爐子準(zhǔn)備好后,進(jìn)3~3.5包低冰鎳熔體(每包8~10 t),開(kāi)風(fēng)吹煉,吹30~40 min,火焰由紅轉(zhuǎn)白,目視冰鎳品位高低加入相應(yīng)量的石英熔劑。吹60~70 min,火焰由白轉(zhuǎn)藍(lán),判定爐內(nèi)交互反應(yīng)開(kāi)始,待渣層浮起,造渣將近結(jié)束,放第一遍渣,然后加入1斗冷料、1包低冰鎳熔體,并加入石英,繼續(xù)開(kāi)風(fēng)吹煉。這樣周而復(fù)始,每個(gè)生產(chǎn)班進(jìn)料低冰鎳6~7包,加冷料3~4斗,放渣6~9遍,吹煉5~7 h,產(chǎn)高冰鎳15~18 t。

4.2 篩爐

篩爐是轉(zhuǎn)爐吹煉的重要過(guò)程,是指吹煉結(jié)束前對(duì)爐內(nèi)高冰鎳質(zhì)量做最后的判斷,正確的判斷可使高冰鎳中鐵含量達(dá)到工藝要求的范圍。高冰鎳按含鐵量不同分為以下幾等:含鐵量2%~4.5%為合格品,在這個(gè)范圍內(nèi)一般判斷取上限,這樣可以盡量減少鎳、鈷由于過(guò)吹造成損失;含鐵量高于4.5%為不合格品,不利于下游單位的生產(chǎn);含鐵量低于2%,則為過(guò)吹,高冰鎳中鎳、鈷損失增大。所以說(shuō)鐵含量的判斷是篩爐的重要依據(jù)和關(guān)鍵環(huán)節(jié),也是影響高冰鎳產(chǎn)量質(zhì)量的關(guān)鍵要素。

篩爐期轉(zhuǎn)爐停止進(jìn)料,加入石英吹煉45~55 min,觀其火焰由白轉(zhuǎn)藍(lán),火花由大到小,由密到稀,并且有少部分火花在爐口上方飄動(dòng),這表明造渣接近完成,吹煉期近終點(diǎn)。取樣憑肉眼進(jìn)行判定,如果斷面呈金黃色,顆粒大小程度不同,表面發(fā)亮呈銀灰色,有較強(qiáng)的金屬光澤,說(shuō)明含鐵在2%~4.5%之間;如果表面發(fā)黑,斷面呈暗黃色,顆粒發(fā)細(xì),倒入高冰鎳模子內(nèi)生成一種黑灰,說(shuō)明含鐵低于2%以下;如果表面發(fā)白呈淡灰色,皺紋很少,斷面呈淺黃色,顆粒很大,說(shuō)明含鐵在5%以上,需繼續(xù)吹煉[3]。

篩爐過(guò)程中易出現(xiàn)的問(wèn)題及處理方法如下所述。

1)溫度過(guò)低。溫度過(guò)低時(shí),爐口火焰呈暗紅色,爐內(nèi)熔體黏稠,爐口粘結(jié)嚴(yán)重,而且爐內(nèi)渣鎳不易分離,嚴(yán)重時(shí)石英被渣裹住,爐內(nèi)熔體反應(yīng)緩慢。溫度過(guò)低主要由下列因素造成:進(jìn)料前爐內(nèi)溫度較低;風(fēng)壓低;爐后工送風(fēng)不及時(shí)導(dǎo)致風(fēng)眼有粘結(jié)物,妨礙送風(fēng);石英加的過(guò)早或過(guò)多。出現(xiàn)上述問(wèn)題時(shí),應(yīng)立即組織爐后工連續(xù)捅風(fēng)眼,清除風(fēng)眼黏結(jié)物,使風(fēng)眼暢通,同時(shí)暫緩加冷料、石英,等進(jìn)入一包低冰鎳,造出一包渣后,恢復(fù)正常進(jìn)料。

2)溫度過(guò)高。溫度過(guò)高時(shí),爐口火焰白亮,爐襯明亮耀眼,磚縫明顯,渣的流動(dòng)性好。溫度過(guò)高的主要原因:冷料加入過(guò)少且不及時(shí);石英加入過(guò)晚或過(guò)少;風(fēng)壓過(guò)大。主要危害是侵蝕爐襯嚴(yán)重,影響轉(zhuǎn)爐壽命,噴濺物過(guò)多,且金屬回收率低。

3)髙冰鎳過(guò)吹。過(guò)吹時(shí),斷面顆粒大,并呈灰白色,這時(shí)要緩慢向爐內(nèi)加入低冰鎳進(jìn)行還原操作,適當(dāng)吹煉,等質(zhì)量合格后出爐。

4)渣過(guò)吹。冰鎳造渣吹煉到終點(diǎn)(高冰鎳中殘留的FeS含量約為1.0%~2.0%)時(shí),未及時(shí)放渣,會(huì)造成大量的磁性氧化鐵生成,并且渣層溫度降低,渣發(fā)黏,流動(dòng)性變差,倒入渣包易粘結(jié),渣殼較厚[4]。渣過(guò)吹原因主要是放渣不及時(shí)而造成的渣過(guò)氧化,使得渣溫降低,黏度增大,熔體內(nèi)的氣體不能暢快的排出爐口,最后引起噴爐事故。處理方法:追加適量的熱冰鎳(一般要一包冰鎳),稍吹煉一段時(shí)間,待轉(zhuǎn)爐爐溫上來(lái)后即停風(fēng)放渣,把前面造好的渣放出爐體后,再加適量的石英,繼續(xù)吹煉造渣。

5)石英加入過(guò)多、過(guò)早。造渣期石英加入過(guò)多,會(huì)使渣性惡化,渣黏度增大,且易在渣表層形成一層絮狀物(游離態(tài)石英),致使氣體不易排出,造成噴爐事故。處理方法:加入熱冰鎳?yán)^續(xù)吹煉,改變?cè)?,造出良性渣?/p>

5 吹煉原料、產(chǎn)品及指標(biāo)

吉恩鎳業(yè)轉(zhuǎn)爐吹煉生產(chǎn)高冰鎳原料(低冰鎳)、產(chǎn)品及生成的轉(zhuǎn)爐渣的成分分別見(jiàn)表1、表2、表3。

表1 原料(低冰鎳)成分 %

表2 產(chǎn)品(高冰鎳)成分 %

表3 生成的轉(zhuǎn)爐渣成分 %

生產(chǎn)工藝參數(shù):鼓風(fēng)壓力50~120 MPa,鼓風(fēng)量12 800 Nm3/h,送風(fēng)時(shí)率75%~80%,吹煉時(shí)間5~7 h,鎳回收率98.5%,吹煉溫度1 200~1 400 ℃。

6 轉(zhuǎn)爐吹煉事故及操作技術(shù)

轉(zhuǎn)爐吹煉過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)各種意外事故,筆者對(duì)不同事故的應(yīng)對(duì)及操作作了總結(jié),如下所述。

1)停電停水。工業(yè)電停電造成停風(fēng)時(shí),如果自動(dòng)控制系統(tǒng)失靈,應(yīng)立即啟動(dòng)備用直流電機(jī),轉(zhuǎn)動(dòng)爐子,讓風(fēng)眼露出液面,防止風(fēng)眼被熔體灌死。突然停水時(shí),應(yīng)立即將爐子轉(zhuǎn)動(dòng)到停吹位置,待正常后再開(kāi)風(fēng)吹煉。

2)惡性噴爐。惡性噴爐預(yù)兆出現(xiàn)后,應(yīng)立即拉開(kāi)爐后擋板,轉(zhuǎn)動(dòng)爐體,使?fàn)t口朝前,同時(shí)減少鼓風(fēng),轉(zhuǎn)至停吹位置后加入木柴還原,現(xiàn)象消除后放渣,加入一定量的低冰鎳開(kāi)風(fēng)吹煉。

3)鐵渣引起的噴爐。事故原因:在造渣時(shí)投入的石英熔劑量不足,致使部分FeO無(wú)法與SiO2造渣,使其繼續(xù)氧化成Fe3O4,生成磁鐵渣;這種渣比重大、黏度高、且流動(dòng)性差,使鼓入爐內(nèi)的氣體不易穿透熔體表面渣層,鼓入的氣體在熔體內(nèi)越來(lái)越多,當(dāng)氣壓大大超過(guò)上層熔體的靜壓時(shí),就會(huì)引起噴爐事故。處理方法:增加半包或者1包熱冰鎳,且加入足夠量的石英熔劑,繼續(xù)進(jìn)行吹煉作業(yè),使磁鐵還原造渣。

4)渣過(guò)吹引起的噴爐。事故原因:放渣不及時(shí)造成渣過(guò)氧化,使得渣溫降低,黏度增大,熔體內(nèi)的氣體不能暢快的排出爐口,最后引起噴爐事故。處理方法:追加適量的熱冰鎳(一般要1包冰鎳)后,稍吹煉一段時(shí)間,待轉(zhuǎn)爐爐溫上來(lái)后即停風(fēng)放渣,把前面造好的渣放出爐體后,再加適量的石英,繼續(xù)吹煉造渣。

5)造渣期石英過(guò)量引起的噴爐。事故原因:造渣期石英加入過(guò)多,會(huì)使渣性惡化,渣黏度增大,且易在渣表層形成一層絮狀物(游離態(tài)石英),致使氣體不易排出,造成噴爐事故。處理方法:加入適量的熱冰鎳,繼續(xù)吹煉,改變?cè)?,造出良性渣?/p>

6)加料過(guò)多引起的噴爐。事故原因:造渣期,冷料一次性投入過(guò)多,引起熔體表面溫度偏低,熔體黏度大,送風(fēng)阻力大,往往夾帶著熔體呈團(tuán)塊狀噴出爐口。處理方法:及時(shí)修正冷料加入量,適當(dāng)降低送風(fēng)量,加大用氧量,調(diào)整爐子的送風(fēng)角度,以盡快促使熔體溫度回升,待正常后可恢復(fù)以前的作業(yè)狀況。

7)爐內(nèi)熔體過(guò)冷。事故原因:因停電或設(shè)備故障等原因,造成轉(zhuǎn)爐進(jìn)料后無(wú)法起吹或續(xù)吹,使熔體停留在進(jìn)料位置60°處,若保溫不當(dāng)且時(shí)間超過(guò)6 h后,會(huì)使熔體表面凍結(jié)成厚殼;向熔體內(nèi)直投冷料過(guò)多,熱量收支失衡,造成爐內(nèi)熔體凍結(jié)或局部凝結(jié)成團(tuán),無(wú)法傾出爐口。熔體過(guò)冷現(xiàn)象:主要表現(xiàn)為爐膛發(fā)暗紅或黑色,熔體后蓋打不開(kāi),用爐口清理機(jī)打一個(gè)洞,滲出的液體呈暗紅色,黏稠且很快凝結(jié);送風(fēng)吹煉時(shí),不見(jiàn)熔體的噴濺物和濃煙出現(xiàn),越吹越?jīng)?。處理方法:在液面角允許的范圍內(nèi)最大限度地追加熱冰鎳,并立即送風(fēng)吹煉,增加富氧率,推遲加入石英熔劑的時(shí)間,修正冷料的加入量,必要時(shí)可以不加冷料吹煉,以確保爐內(nèi)反應(yīng)正常。

7 結(jié)語(yǔ)

轉(zhuǎn)爐吹煉生產(chǎn)高冰鎳既有工藝生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)單、工藝參數(shù)控制靈活、適應(yīng)物料性較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn);也有間歇性生產(chǎn),煙氣波動(dòng)大,不利于煙氣余熱和二氧化硫回收利用等缺點(diǎn)。本文總結(jié)了吉恩鎳業(yè)冶煉廠采用臥式轉(zhuǎn)爐吹煉的生產(chǎn)工藝流程、生產(chǎn)參數(shù)及發(fā)生吹煉事故時(shí)的操作技術(shù),以期對(duì)同行有參考價(jià)值。

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